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C語言之內存使用

編輯:關於C語言

問題:內存使用

有人寫了一個將整數轉換為字符串的函數:

char *itoa (int n)
{
    char retbuf[20];
    sprintf(retbuf, "%d", n);
    return retbuf;
}

如果我調用這個函數:char *str5 = itoa(5),str5會是什麼結果呢?

答案分析:

答案是不確定,可以確定的是肯定不是我們想要的 “5”。

retbuf定義在函數體中,是一個局部變量,它的內存空間位於棧(stack)中的某個位置,其作用范圍也僅限於在itoa()這個函數中。當itoa()函數退出時,retbuf在調用棧中的內容將被收回,這時,這塊內存地址可能存放別的內容。因此將retbuf這個局部變量返回給調用者是達不到預期的目的的。

那麼如何解決這個問題呢,不用擔心,方法不但有,而且還不止一個,下面就來闡述三種能解決這個問題的辦法:

1)、在itoa()函數內部定義一個static char retbuf[20],根據靜態變量的特性,我們知道,這可以保證函數返回後retbuf的空間不會被收回,原因是函數內的靜態變量並不是放在棧中,而是放在程序中一個叫“.bss”段的地方,這個地方的內容是不會因為函數退出而被收回的。

這種辦法確實能解決問題,但是這種辦法同時也導致了itoa()函數變成了一個不可重入的函數(即不能保證相同的輸入肯定有相同的輸出),另外, retbuf [] 中的內容會被下一次的調用結果所替代,這種辦法不值得推薦。

2)、在itoa()函數內部用malloc() 為retbuf申請內存,並將結果存放其中,然後將retbuf返回給調用者。由於此時retbuf位於堆(heap)中,也不會隨著函數返回而釋放,因此可以達到我們的目的。

但是有這樣一種情況需要注意:itoa()函數的調用者在不需要retbuf的時候必須把它釋放,否則就造成內存洩漏了,如果此函數和調用函數都是同一個人所寫,問題不大,但如果不是,則比較容易會疏漏此釋放內存的操作。

3)、將函數定義為char *itoa(int n, char *retbuf),且retbuf的空間由調用者申請和釋放,itoa()只是將轉換結果存放到retbuf而已。

這種辦法明顯比第一、二種方法要好,既避免了方法1對函數的影響,也避免了方法2對內存分配釋放的影響,是目前一種比較通行的做法。

擴展分析:

其實就這個問題本身而言,我想大家都可以立刻想到答案,關鍵在於對內存這種敏感資源的正確和合理地利用,下面對內存做一個簡單的分析:

1)、程序中有不同的內存段,包括:

.data - 已初始化全局/靜態變量,在整個軟件執行過程中有效;

.bss - 未初始化全局/靜態變量,在整個軟件執行過程中有效;

.stack - 函數調用棧,其中的內容在函數執行期間有效,並由編譯器負責分配和收回;

.heap - 堆,由程序顯式分配和收回,如果不收回就是內存洩漏。

2)、自己使用的內存最好還是自己申請和釋放。

這可以說是一個內存分配和釋放的原則,比如說上面解決辦法的第二種,由itoa()分配的內存,最後由調用者釋放,就不是一個很好的辦法,還不如用第三種,由調用者自己申請和釋放。另外這個原則還有一層意思是說:如果你要使用一個指針,最好先確信它已經指向合法內存區了,如果沒有就得自己分配,要不就是非法指針訪問。很多程序的致命錯誤都是訪問一個沒有指向合法內存區的指針,這也包括空指針。

問題:內存分配 & sizeof

我使用sizeof來計算一個指針變量,我希望得到這個指針變量所分配的內存塊的大小,可以嗎?

Char *p = NULL;

int nMemSize = 0;

p = malloc(1024);

nMemSize = sizeof(p);

答案與分析:

答案是達不到你的要求,sizeof只能告訴你指針本身占用的內存大小。指針所指向的內存,如果是malloc分配的,sizeof 是沒有辦法知道的。換句話說,malloc分配的內存是沒有辦法向內存管理模塊進行事後查詢的,當然你可以自己編寫代碼來維護。

問題:棧內存使用

下面程序運行有什麼問題?

char *GetString(void)
{
    char p[] = "hello world";
    return p;// 編譯器將提出警告
}
void Test4(void)
{
     char *str = NULL;
     str = GetString();// str 的內容是垃圾
     cout<< str << endl;
}

答案與分析:

返回棧內存,內存可能被銷毀,也可能不被銷毀,但是,出了作用域之後已被標記成可被系統使用,所以,亂七八糟不可知內容,當然,返回的指針的內容,應該是不變的,特殊時候是有用的,比如,可以用來探測系統內存分配規律等等。

問題:內存使用相關編程規范

我想盡可能地避免內存使用上的問題,有什麼捷徑嗎?

答案與分析:

除非做一件從沒有人做過的事情,否則,都是有捷徑可言的,那就是站在前人的肩膀上,現在各個大公司都有自己的編碼規范,這些規范凝聚了很多的經驗和教訓,有較高的使用價值,鑒於這些規范在網上流傳很多,這裡我就不再列出了,感興趣的,推薦參考林銳的《高質量C/C++編程指南》。

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